Výkonová elektronika - B2M34VKE

Kredity 5
Semestry letní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2P+2L
Anotace
Hlavním cílem předmětu je uvést posluchače do problematiky výkonové elektroniky. Na přednáškách budou nejdříve vyloženy struktury a principy činnosti v současné době využívaných polovodičových součástek s ohledem na nově vyvinuté polovodičové materiály. Dále budou popsány jejich modely a vysvětlena problematika buzení výkonových polovodičových spínačů, spínání L-R-C zátěže a výkonových ztrát a to včetně provozní spolehlivosti výkonových součástek. Další část přednášek bude věnována problematice výkonových měničů, úvodu do metod řízení, řídícím obvodům pro dané topologie a regulaci výkonu na zátěži. Předmět bude zakončen přednáškou na téma problematiky návrhu desek plošných spojů pro spínané zdroje, která může mít významný dopad na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) navrženého spínaného zdroje.
Cíle studia
Žádná data.
Osnovy přednášek
1. Úvod do problematiky výkonové elektroniky, fyzikální principy, polovodičové materiály (Si, SiC, GaN)
2. Výkonové diody usměrňovací a diodu s rychlou komutací. Si versus SiC.
3. Tranzistory MOSFET a IGBT, porovnání struktur a vlastností.
4. Vícevrstvé spínací struktury, tyristor s nucenou komutací (PCT) a vypínací (GTO, IGCT)
5. Výkonové moduly, integrované struktury a obvody
6. Kompaktní modely výkonových součástek a obvodových prvků
7. Buzení výkonových spínacích součástek, parazitní kapacita a rozptylová indukčnost
8. Spínání odporové, induktivní a kapacitní zátěže, konfigurace HSS, LSS, můstek atd.
9. Výkonové ztráty a tepelná bilance, tepelný odpor pouzdra
10. Provozní spolehlivost výkonových součástek
11. Topologie výkonových měničů (VSI, LCI, MMC)
12. Úvod do problematiky metod řízení výkonových měničů
13. Řídicí obvody pro výkonové měniče, regulace výkonu na zátěži
14. Problematika návrhu desek plošného spoje pro spínané zdroje
Osnovy cvičení
1. Organizační záležitosti, úvod do problematiky
2. Statické a dynamické vlastnosti výkonových diod
3. Statické a dynamické vlastnosti polem řízených výkonových součástek
4. Statické a dynamické vlastnosti bipolárních a vícevrstvých součástek
5. Porovnání vlastností výkonových součástek na bázi Si a SiC, GaN.
6. Obvodová simulace výkonových součástek a diskrétních prvků
7. Simulace budicích obvodů výkonových spínacích součástek
8. Konfigurace HSS, LSS, můstek atd.
9. Návrh a výpočet tepelného zatížení součástky
10. Příklad návrhu výkonového obvodu v souladu s pravidly spolehlivosti
11. Návrh výkonového měniče, bilance účinnosti a spolehlivosti
12. Zapojení Step-Up, Step-Down, SEPIC, Flyback, Forward.
13. Budiče polovodičových laserů a LED, regulaci výkonu a otáček motorů
14. Příklad návrhu desky plošného spoje se spínaným zdrojem
Literatura
[1] B. Jayant Baliga : "Fundamentals of Power Semiconductor Devices", Springer, 2008
[2] R. Perret, "Power Electronics Semiconductor Devices", John Wiley, 2010
[3] A. Ioinovici, "Power Electronics and Energy Conversion Systems", Wiley, 2012
Požadavky
Účast na cvičeních, absolvování zápočtového testu a zkoušky.